ES2200350T3 - Junta de cepillo. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una junta de cepillo para sellar un rotor contra un cerramiento que tiene un orificio para que el rotor se extienda as través del mismo y que comprende una placa frontal y una placa de apoyo fijada a la misma. Una multitud de cerdas del cepillo se mantienen entre la placa frontal y la placa de apoyo de tal forma que los extremos libres de las cerdas sobresalgan por encima de un borde interno de la placa de apoyo, tocando de esta forma la superficie del rotor. El borde interior de la placa de apoyo no está muy alejado de la superficie y la placa de apoyo evita que las cerdas se doblen completamente hacia atrás, la placa de apoyo (8) está diseñada de tal forma que las cerdas (9) deben tomar apoyo mediante sus extremos libres (21) sobre un segmento de apoyo (20), mientras que la longitud restante se extiende separada de la placa de apoyo (8).

Description

Junta de cepillo.

La presente invención se refiere a una junta de cepillo según lo indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 1).

Las juntas de cepillo de esta clase son empleadas, por ejemplo, en las turbinas de gas con el fin de estancar con respecto a unas posibles fugas el hueco existente entre una carcasa y un rotor, que gira a unos números de revoluciones relativamente elevados. Por regla general, este estancamiento es efectuado en la presencia de un gas caliente, que se encuentra bajo presión. Teniendo en cuenta que, en estas condiciones y con unas juntas de goma sencillas, no se puede conseguir ningún efecto satisfactorio del estancamiento, se han desarrollado numerosas juntas de cepillo.

En estas juntas de cepillo, los extremos de las cerdas - que están unidas entre si para formar una empaquetadura compacta de cerdas - sobresalen del borde interior de un taladro interior de la placa de apoyo, y los mismos estancan, de este modo, un hueco entre el borde interior de la placa de apoyo y la superficie del rotor, el cual ha de ser tenido al más reducido tamaño posible. Este hueco existe siempre, teniendo en cuenta que las medidas - tanto de la junta como de la carcasa y del rotor - se pueden modificar a causas de unas tensiones ó dilataciones térmicas y, por consiguiente, por motivos de seguridad no debe quedarse por debajo de una holgura mínima entre la placa de apoyo y el rotor.

Al actuar sobre la junta una mayor presión diferencial resulta que la placa de apoyo - que está dispuesta por el lado de la baja presión - sostiene las cerdas en contra de una flexión hacia el lado de baja presión y en una dirección, que extiende de forma paralela al eje del rotor. Una flexión de las cerdas es contrarrestada ya que, a causa de la misma, la longitud de las cerdas sería mermada y, por lo tanto, sería más abierto el hueco entre el borde interior de la placa de apoyo y la superficie del rotor, lo cual conduce a un aumento en las fugas. Sin embargo, es inevitable una flexión de los extremos de las cerdas, los cuales sobresalen.

Tanto en las explicaciones anteriores como en las explicaciones relacionadas a continuación, por dirección axial se ha de entender una dirección, que se extiende en paralelo al eje longitudinal del rotor, mientras que por dirección ó plano radial se han de entender una dirección ó un plano, que se extienden de forma vertical al eje longitudinal del rotor. En una junta de cepillo, que es conocida a través de la Patente Europea Núm. 0 453.315, es así que toda la placa de apoyo sirve como superficie de apoyo, en la cual las cerdas se colocan a tope - con excepción de los extremos salientes de las mismas - con toda su longitud restante. Para mejorar el efecto del estancamiento, resulta que el borde interior de un taladro interior de la placa de apoyo está provisto de una capa de material de desgaste, con el fin de prolongar la superficie de apoyo y de sostener las cerdas hasta muy cerca de las puntas de las mismas, reduciendo así al mismo tiempo el hueco existente entre la placa de apoyo y el rotor.

Esta junta tiene, sin embargo, el inconveniente - sobre todo al actuar sobre la misma una más elevada presión diferencial - de que las cerdas, por una desviación del rotor, que se puede producir, por ejemplo, a causa de unas tensiones o dilataciones térmicas se desvíen en el sentido radial hacia fuera y permanezca en esta posición - como consecuencia de unos efectos aerodinámicos - también después de volver el rotor hacia su posición central.

Debido a la desviación lateral de las cerdas, es abierto aún más el hueco existente entre la placa de apoyo y el rotor, de tal manera que se incrementen de forma notable las fugas. Es conocido que, en este caso, las cerdas quedan adheridas en la placa de apoyo y vuelve a su posición primitiva solamente después de una completa descarga, es decir, de una presión diferencial de prácticamente cero, y cierran otra vez es decir, que estancan - los huecos intermedios.

A través de la Patente Internacional Núm. WO-A-86/05252 es conocida una junta de cepillo con una multitud de cerdas dentro de un soporte fijador para el estancamiento de dos cámaras de distintas presiones; en esta junta, las cerdas están orientadas - al objeto de mejorar el efecto del estancamiento y mediante unos medios de ajuste - en dirección hacia el lado de la mayor presión con un ángulo beta de 5 hasta 45 grados. Al estar aplicada la presión diferencial, las cerdas son empujadas - por el lado de la mayor presión - contra la superficie del estancamiento, lo cual conduce, por una parte, aun efecto de estancamiento más seguro pero, por la otra parte, también conduce a un considerable desgaste de las cerdas.

La Patente Alemana Núm. DE 3907 614 A1 revela una junta de cepillo, en la que las cerdas se encuentran sujetadas dentro de un tubo ranurados, que está sujetado, a su vez, entre dos anillos de apoyo, que están ensamblados entre si para formar una carcasa; en este caso, el borde interior del anillo de apoyo, dispuesto por el lado de la mayor presión, guarda una mayor distancia con respecto a la superficie de un rotor que el borde interior del anillo de apoyo, situado por el lado de la presión más baja. No está descrita aquí una forma de realización especial - adaptada a las cerdas - del anillo de apoyo del lado de la menor presión, como tampoco está descrita la forma de orientación de las cerdas.

Por medio de la Patente Europea Núm. 0 778 431 A1 es conocida una junta de cepillo, en la cual un elemento de apoyo - que está dispuesto entre las cerdas, que no se encuentran orientadas en el sentido radial, y el lado de la presión más baja - está realizado de tal manera, que entre las cerdas y el elemento de apoyo quede constituida una cámara, hacia la cual es aportado - con el fin de aumentar la fuerza de retroceso de las cerdas - un fluido, cuya presión es mayor que la presión del fluido por el lado de la presión más baja.

La Patente Europea Núm. 0617 216 A1 revela un dispositivo de junta de cepillo con una placa de apoyo, que posee una escotadura y en cuyo tramo final libre de cerdas se colocan a tope por su impulsión con la presión.

La presente invención tiene el objeto de perfeccionar una junta de cepillo de la clase descrita al principio, y esto de tal modo que se pueda conseguir un mejor efecto de estancamiento, a pesar de unas elevadas presiones diferenciales y de las desviaciones del rotor.

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue por medio de las características distintivas indicadas en la reivindicación de patente 1).

Aquí se consigue la ventaja de que las cerdas se encuentran apoyadas solamente con sus tramos finales en la superficie de apoyo, con lo cual queda aumentada claramente la flexibilidad de las mismas, incluso a unas mayores presiones diferenciales. Teniendo en cuenta que las cerdas tienen su máxima flexibilidad en sus tramos finales, que se encuentran alejados del punto de sujeción, y que, además, las cerdas son constantemente incitadas - por la corriente de aire de fugas - a efectuar unas oscilaciones, las mismas siguen al movimiento del rotor, es decir, las cerdas, son empujadas, por la desviación del rotor, lateralmente hacia fuera pero vuelven - inmediatamente después del retorno del rotor hacia su posición central - hacia su posición primitiva. Además, dentro del hueco existente entre las cerdas y la placa de apoyo se forma - a causa de la corriente de aire de fugas - un cojín de aire, que reduce el rozamiento entre las cerdas y la superficie de apoyo y que contrarrestan la adherencia de las cerdas en la placa de apoyo.

Con respecto a un plano radial - es decir, a un plano, que se extiende en el sentido radial al eje longitudinal del rotor - las cerdas están inclinadas en dirección hacia la placa de apoyo, con el fin de poder conseguir una definida puesta a tope de los tramos finales de las cerdas en el tramo de apoyo. De forma preferente, las cerdas están inclinadas con un ángulo de 6 grados aproximadamente.

Según otra preferida forma de realización, es así que la placa de apoyo se extiende - desde la zona de sujeción de las cerdas - a una distancia axial con respecto a las cerdas, y la misma posee de forma lindante con el borde interior de un taladro interior previsto en la placa de apoyo - una zona, que está inclinada en dirección hacia las cerdas y en cuya superficie lateral interior está constituido un tramo de apoyo, en el cual se han de apoyar los tramos finales de las cerdas.

Resulta muy conveniente, que la longitud de los tramos finales de las cerdas, los cuales se han de apoyar en este tramo de apoyo, sea - como máximo la cuarta parte de la longitud total de las cerdas, habida cuenta de que las mismas tienen en estos tramos finales que están alejados de la zona de sujeción de las cerdas - su máxima flexibilidad, de tal modo que las cerdas puedan, en este caso, volver de inmediato - después de un movimiento de desviación - hacia su posición primitiva, a pesar de su puesta a tope en el tramo de apoyo.

Es, además, conveniente que el borde inferior de la placa frontal guarde una mayor distancia con respecto a la superficie del rotor que el borde interior de la placa de apoyo, concretamente es así, que también aquí existe - entre el borde interior de la placa de apoyo concretamente es así, que también aquí existe - entre el borde interior de la placa frontal y la superficie del rotor - solamente un hueco pequeño, pero se pueden admitir ahora unas mayores tolerancias en la fabricación. Como consecuencia, queda reducido el llamado efecto "blow down" o efecto de purga, y no se presenta un mayor desgaste en las cerdas. Además, y gracias a ello, las cerdas se encuentran ahora protegidas contra los deterioros durante el montaje y desmontaje así como contra los daños producidos por las turbulencias de aire. De forma preferente, las cerdas se encuentran unilateralmente fijadas entre la placa frontal y la placa de apoyo, de tal modo que las mismas puedan ser sujetadas de una manera sencilla y con unos distintos ángulos de orientación ó de inclinación con respecto a un plano radial entre la placa frontal y la placa de apoyo.

Resulta muy conveniente disponer - dentro de la zona de sujeción, entre las cerdas y la placa frontal y la placa de apoyo - una pieza de sujeción, en la cual se encuentra sujetada la empaquetadura de cerdas, que está arrollada alrededor de un alambre de alma.

Otras convenientes formas para la realización de la presente invención están descritas en las reivindicaciones secundarias.

A continuación, la presente invención está descrita con más detalles y con referencia al plano adjunto (Figura 1), que indica la vista esquematizada de sección transversal de un ejemplo de realización de la junta de cepillo según la invención.

La Figura 1 muestra una junta de cepillo que, en su conjunto, está indicada por la referencia 1 y que se encuentra sujetada dentro de una carcasa 2. A través del taladro 3, previsto en la carcasa 2, se extiende un rotor 4, que tiene la superficie 5 y el eje longitudinal 6. La junta de cepillo 1 comprende, en lo esencial, una placa frontal 7, una placa de apoyo 8 y una multitud de cerdas 9, que forman una empaquetadura compacta y que están firmemente sujetadas entre la placa frontal 7 y la placa de apoyo 8.

Con una presión diferencial que actúa sobre la junta de cepillo 1, la placa frontal 7 se encuentra situada por el lado de la alta presión, mientras que la placa de apoyo 8 está dispuesta por el lado de la presión más baja. Las cerdas 9 - que están sujetadas por solamente un lado - se extienden entre la placa frontal 7 y la placa de apoyo 8, y las mismas sobresalen - con sus extremos libres 11, que se encuentran alejados del punto de sujeción 10 - de los bordes interiores 12 y 13, respectivamente, de la placa frontal 7 y de la placa de apoyo 8. Con sus extremos 11, estas cerdas 9 entran en contacto con la superficie 5 del rotor 4 para de este modo estancar un hueco de forma anular 14, existente entre el borde interior 12 de la placa de apoyo 8 y la superficie 5 del rotor 4.

La placa frontal 7 y la placa de apoyo 8 poseen un respectivo taladro interior, que es coaxial con respecto al eje longitudinal 6 del rotor 4, de tal manera que los bordes interiores, 12 y 13, respectivamente, de los mismos se encuentren situados a una determinada distancia de la superficie 5 del rotor 4. también el borde interior 12 de la placa frontal 7 tiene sólo una holgura relativamente pequeña con respecto a la superficie 5 del rotor. Gracias a ello, las cerdas 9 - que pueden estar hechas de distintos materiales, ya conocidos por las personas familiarizadas con este ramo están protegidas contra unos deterioros durante la manipulación así como contra los daños producidos por las turbulencias del aire durante el funcionamiento.

Según el ejemplo de realización aquí indicado, la laca de apoyo 8 tiene un primer tramo 15 que, dentro de un plano radial se extiende en dirección hacia el eje 6 del rotor, y la superficie exterior 16 de este tramo se extiende - a los efectos de fijar la junta de cepillo con un ajuste exacto en la carcasa 2 - de forma paralela a una superficie exterior 17 de la placa frontal 7. La placa frontal 7 y la placa de apoyo 8 tienen, además, un respectivo tramo, que en ángulo recto está doblado hacia dentro; tramo éste que, en el presente caso, carece de importancia y que aquí es mencionado solamente para completar la descripción.

Una parte 18 de la placa de apoyo 8, la cual es lindante con el borde interior 13 de la placa de apoyo 8, está inclinada en dirección hacia las cerdas 9; en este caso, por la cara interior 19 de esta parte está constituida una superficie de apoyo 20, en la cual se han de apoyar las cerdas 9 con sus tramos finales 21. Tal como esto se puede observar en el punto de sujeción 10, las cerdas 9 ó la empaquetadura de cerdas están arrolladas por un alambre de alma 25, y las mismas se encuentran sujetadas por medio de una pieza de sujeción 25, que están realizada en forma de un tubo ranurado y cuya sección transversal es en la forma de un anillo abierto (tubo en forma de C). Las cerdas 9 están inclinadas con respecto a un plano radial 22 y en dirección hacia la placa de apoyo 8. El ángulo de inclinación es de aproximadamente 6 grados. De esta manera, se puede conseguir una definida puesta a tope de los tramos finales 21 de las cerdas 9 en la superficie de apoyo 20 de la placa de apoyo 8. Asimismo, de este modo puede ser reducida, a unas muy elevadas presiones diferenciales, la presión de apriete de las cerdas 9 contra el tramo de apoyo 20.

La longitud radial 1 de la superficie de apoyo 20 de la placa de apoyo 8 es de aproximadamente una quinta parte de la longitud libre (total) L de las cerdas 9, de tal modo que las cerdas 9 se extiendan por una gran parte de su longitud L, con la formación de un hueco intermedio 23 a una determinada distancia de la superficie interior 19 de la placa de apoyo 8.

Habida cuenta de que las cerdas 9 tienen su mayor flexibilidad en sus tramos finales 21, que se encuentran alejados del punto de sujeción 10, y que las mismas, además, son constantemente incitadas - por la corriente de aire de fugas, que entra en el hueco intermedio 23 - a efectuar unas oscilaciones, resulta que estas cerdas se desvían, con una desviación del rotor 4, lateralmente desde su posición central hacia fuera; sin embargo, una vez suprimido el motivo de la desviación del rotor 4 - como, por ejemplo, son unas tensiones térmicas - las cerdas retornan, inmediatamente después del retorno del rotor 4, hacia su posición primitiva.

Además, a consecuencia de un cojín de aire, que se forma dentro del hueco intermedio 23, es reducido el rozamiento entre los tramos finales 21 de las cerdas 9 y el tramo de apoyo 20 de la placa de apoyo 8. Gracias a ello, queda asegurado un mejor efecto del estancamiento de la junta de cepillo 1, a pesar de la existencia de una presión diferencial y de las desviaciones del rotor 4, de tal manera, que no se pueda producir ningún aumento importante en las fugas.

Claims (9)

1. Junta de cepillo para el estancamiento de un rotor con respecto a una carcasa con un taladro, a través del cual se extiende el rotor; con una placa frontal (7) y con una placa de apoyo (8), que están dispuestas en la carcasa (2) y entre las cuales una multitud de cerdas (9) está sostenida de tal manera, que las cerdas sobresalgan, con sus extremos libres, de un borde interior (13) de la placa de apoyo (8) y entre en contacto con una superficie (5) del rotor; en este caso, el borde interior (13) de la placa de apoyo (8) guarda una más reducida distancia con respecto a la superficie (5), y esta placa de apoyo (8) sostiene las cerdas (9) en contra de una flexión; a este efecto, la placa de apoyo (8) está realizada de tal manera, que las cerdas (9) se apoyen, con sus tramos finales (21), en un tramo de apoyo (20) de la placa de apoyo (8) y las mismas se extiendan, por su longitud restante (L-1), a una determinada distancia de la placa de apoyo; junta de cepillo ésta que está caracterizada porque un borde interior (12) de la placa frontal (7) guarda una más reducida distancia con respecto a la superficie (5) del rotor (4); así como caracterizada porque las cerdas (9), a efectos de una definida puesta a tope en el tramo de apoyo (20) están inclinadas en su punto de sujeción (10) con respecto a un plano radial (22) y en dirección hacia la placa de apoyo (8), que está dispuesta por el lado de la presión más baja.

2. Junta de cepillo conforme a la reivindicación 1) y caracterizada porque la placa de apoyo (8) se extiende a una determinada distancia axial con respecto a las cerdas (9) y las mismas posee de forma lindante con el borde interior (13) de un taladro interior previsto en la placa de apoyo (8) - a una parte (18), que está inclinada en dirección hacia las cerdas (9) y por cuya superficie lateral interior (19) está conformado el tramo de apoyo (20), en el cual se han de apoyar los tramos finales (21) de las cerdas (9).

3. Junta de cepillo conforme a las reivindicaciones 1) ó 2) y caracterizada porque las cerdas (9) están inclinadas con un ángulo de aproximadamente 6 grados.

4. Junta de cepillo conforme a una o varias de las reivindicaciones anteriormente indicadas y caracterizada porque la longitud (1) de los tramos finales (21) de las cerdas (9), los cuales se han de apoyar en el tramo de apoyo (20), es como máximo - la cuarta parte de la longitud total (L) de las mismas.

5. Junta de cepillo conforme a la reivindicación 4) y caracterizada porque la longitud (1) es de aproximadamente 2 mms.

6. Junta de cepillo conforme a una ó varias de las reivindicaciones anteriormente indicadas y caracterizada porque el borde interior (12) de la placa frontal (7) guarda una mayor distancia con respecto a la superficie (5) del rotor que el borde interior (13) de la placa de apoyo (8).

7. Junta de cepillo conforme a una ó varias de las reivindicaciones anteriormente indicadas y caracterizada porque las cerdas (9) se encuentran sujetadas - con sus extremos, que están alejados de los extremos libres (11) de las mismas - entre la placa frontal (7) y la placa de apoyo (8).

8. Junta de cepillo conforme a la reivindicación 7) y caracterizada porque dentro de la zona de sujeción (10) - entre las cerdas (9) y la placa frontal (7) y la placa de sujeción (8) - está dispuesta una pieza de sujeción 24.

9. Junta de cepillo conforme a la reivindicación 8) y caracterizado porque la pieza de sujeción (24) está constituida por un tubo ranurado.